用于制造燃料电池的方法、燃料电池与流程

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于制造燃料电池的方法。本发明还涉及一种燃料电池，该燃料电池尤其是根据本发明的方法制造的。


背景技术：

2.燃料电池使用在移动和固定的应用中。借助所述燃料电池能够将连续供给的燃料与氧化剂的化学反应能转化为电能。为了提高性能，能够将多个燃料电池叠放地布置成燃料电池堆，也称为“堆垛”。
3.燃料电池的“核心部件”是所谓的膜电极组件(mea)，该膜电极组件包括在两侧涂覆的膜以构造第一催化活性电极和第二催化活性电极。第一电极构造阳极，而第二电极构造阴极。在它们之间的膜用作电解质。在燃料电池或者说燃料电池堆的运行中，给阳极供给燃料、例如氢气。给阴极供给作为氧化剂的空气。
4.mea通常被层压到两个薄的塑料膜之间，所述两个薄的塑料膜被统称为“子垫片”。它们用于在阳极和阴极之间的电绝缘。两个膜具有大面积的窗，以便mea的活性区域保持裸露。因此，mea仅在环绕的边缘区域中被贴靠在两侧的塑料膜包围。大面积的窗和另外的开口都预先例如借助冲压被引入到塑料膜中，确切地说，被单个地引入每个膜中。然后，细丝组织被涂覆以胶粘剂、被定位在mea的两侧，使得两个塑料膜的开口精确地彼此叠放，并且借助互相胶合。这个过程既费力又费时，因为必须非常精确地工作。


技术实现要素：

5.本发明因此基于下述任务：简化燃料电池的制造。尤其地，应在制造燃料电池时能够实现更高的自动化程度，以便使批量生产更加经济。
6.为了解决该任务，提出了具有权利要求1的特征的方法。本发明的有利扩展方案可由从属权利要求中获悉。此外说明了一种燃料电池，该燃料电池尤其能够根据该方法来制造。
7.提出了一种用于制造具有膜电极组件的燃料电池的方法，所述膜电极组件至少区段地由子垫片包围。为了构造所述子垫片，根据本发明，将所述膜电极组件至少区段地插入到薄膜管中，使所述薄膜管压合，使得两个薄膜管半部至少局部地彼此叠置，并且使彼此叠置的薄膜管半部互相连接、优选胶合。
8.通过所提出的使用一个薄膜管而非两个单薄膜，能够显著简化子垫片的构造。因为省去了要费力地处理两个细丝单薄膜。此外，省去了薄膜相对于彼此的精确对齐。结果，能够在非常短的时间内且也高度自动化地执行子垫片的构造，这又实现了经济的批量生产。
9.优选，在将膜电极组件插入到薄膜管中之前，将至少一个窗状的开口引入到薄膜管中。窗状的开口用于使膜电极组件的至少一个活性区域暴露。由于膜电极组件在两侧(即在阳极侧和阴极侧)构造活性区域，因此窗状的开口能够选择为相应大的并且以两个活性
区域都位于这一个窗状的开口内的方式将膜电极组件插入到薄膜管中。在这种情况下，开口从膜电极组件的阳极侧延伸至阴极侧。替代地，代替一个窗状的开口，能够将两个窗状的开口引入薄膜管中。两个窗状的开口优选彼此对置地布置。据此，在插入膜电极组件并且压合薄膜管之后，两个窗状的开口精确地位于彼此之上。由此确保了，膜电极组件的两个活性区域分别位于配属给其的窗状的开口内。
10.因此，在将膜电极组件插入到薄膜管中时应注意：将膜电极组件的构造在两侧的活性区域放置在至少一个窗状的开口内。
11.代替唯一的薄膜管，也能够使用两个或更多薄膜管。在两个薄膜管的情况下，优选地，将膜电极组件的一端插入到第一薄膜管中，而将另一端插入到第二薄膜管中。随后，分别使两个薄膜管压合，并且使薄膜管的相应彼此叠置的薄膜管半部互相连接、优选胶合。在使用两个薄膜管的情况下，能够省去在薄膜管中构造至少一个窗状的开口。因为代替开口地将两个薄膜管简单地以相对于彼此足够的间距布置，使得膜电极组件的活性区域保持裸露。以这种方式能够进一步简化所述方法。
12.在使用两个薄膜管时，构造两件式子垫片。第一部分围绕膜电极组件的第一端部区段。第二部分围绕膜电极组件的第二端部区段。膜电极组件的活性区域分别在两个端部区段之间延伸。在这种情况下，活性区域仅在两个侧上由子垫片的两个部分包围。
13.代替两个薄膜管地，然而也能够使用四个薄膜管来构造子垫片。在这种情况下，两个另外的薄膜管与两个第一薄膜管错开90
°
地布置，使得膜电极组件在使活性区域暴露的情况下环绕式地被包围。
14.在使用仅一个薄膜管的情况下，为了使膜电极组件的活性区域暴露，优选使用具有至少两个窗状的开口的薄膜管。以这种方式，膜电极组件被环绕式包围，而在膜电极组件的两个侧上的活性区域保持裸露。通过环绕式包围膜电极组件，同时构造了环绕式边缘加强部。
15.优选，将膜电极组件完全插入到薄膜管中，使得薄膜管端部分别在所述膜电极组件的两侧突出。如果随后压合薄膜管，则在突出的薄膜管端部的区域中，两个薄膜管半部分别叠置并且能够以简单的方式互相连接、优选胶合。
16.为了已经在压合薄膜管时实现两个彼此叠置的薄膜管半部的胶合，则提出，在将膜电极组件插入到所述薄膜管中之前，该薄膜管在内侧涂覆有胶粘剂。因此，方法步骤“压合和连接或者说胶合”能够在一个工序中实施，从而节省了更多的时间。
17.根据所述方法步骤：
[0018]-将膜电极组件插入到薄膜管中，
[0019]-使薄膜管压合，以及
[0020]-使彼此叠置的薄膜管半部连接，
[0021]
优选，将至少一个供应开口引入到两个彼此叠置的薄膜管半部中。供应开口用于构造供应通道，如果多个同类的燃料电池为了制造燃料电池堆而重叠地布置。由于通常需要多个供应通道，因此提出，将多个供应开口引入到两个彼此叠置的薄膜管半部中。
[0022]
通过后续将至少一个供应开口引入到彼此叠置的薄膜管半部中，在将膜电极组件插入到薄膜管时和/或在随后使薄膜管压合时不必注意，供应开口是否精确地叠置，因为甚至不存在供应开口。
[0023]
有利地，以冲压工艺来引入至少一个窗状的开口和/或至少一个供应开口。通过冲压能够简单且成本有利地制造开口。此外，能够制作模板，所述模板简化了批量生产。
[0024]
此外，提出了一种具有膜电极组件的燃料电池，所述膜电极组件至少区段地由子垫片包围。根据本发明，所述子垫片由至少一个薄膜管构造。也就是说，子垫片沿着两个优选基本上平行延伸的侧边缘分别构造折叠部。因为这里并非两个单薄膜彼此叠置，而是两个薄膜管半部彼此叠置。
[0025]
因此，所提出的燃料电池能够尤其根据上述的根据本发明的方法来制造。也就是说，所提出的燃料电池能够相对简单且成本有利地制造。尤其地，在制造燃料电池时能够实现高的自动化程度，使得它适合于批量生产。
[0026]
在本发明的扩展方案中提出，薄膜管具有两个至少局部地彼此叠置且互相连接、优选胶合的薄膜管半部。通过连接或者说胶合薄膜管半部，将这些薄膜管半部相对于彼此并且关于膜电极组件进行固定。
附图说明
[0027]
下面，参照附图更详细地阐述本发明。附图示出：
[0028]
图1具有用于制造根据本发明的燃料电池的薄膜管的膜电极组件的简单透视图，
[0029]
图2具有用于制造根据本发明的燃料电池的两个薄膜管的膜电极组件的简单透视图，
[0030]
图3具有用于制造根据本发明的燃料电池的子垫片的膜电极组件的简单透视图，以及
[0031]
图4具有用于制造从现有技术中已知的燃料电池的两个单薄膜的膜电极组件的简单透视图。
具体实施方式
[0032]
从图1的大大简化的视图中可见用于制造燃料电池的膜电极组件1和薄膜管3。膜电极组件1包括膜，该膜为了构造电极而在两侧涂覆有催化活性材料，这在图1中未详细示出。为了构造子垫片2(参见图3)，将膜电极组件1插入到薄膜管3中，使薄膜管3压合并且使彼此叠置的薄膜管半部互相连接、优选胶合。在薄膜管3的两个窗状的开口4的区域中，膜电极组件1的活性区域5保持裸露(参见图3)。为了构造供应开口6(参见图3)，后续在彼此叠置的且互相连接的、优选胶合的薄膜管半部中设置冲出部。以这种方式，获得图3的由子垫片2包围的膜电极组件1。
[0033]
与根据现有技术(参见图4)使用两个单薄膜7不同地，格栅状细丝组织不必精确地定位和彼此叠置。因而，通过使用薄膜管3就能够显著简化燃料电池的制造。与在使用两个单薄膜7的情况下不同地，由薄膜管3构造的子垫片2沿着两个侧边缘分别构造折叠部8(参见图3)。
[0034]
代替唯一的薄膜管3地，也能够使用两个薄膜管3，然后将膜电极组件1的相应端部区段插入到薄膜管3中。这个实施方式示例性地在图2中示出。在这里，膜电极组件1的活性区域5也保持裸露，因为两个薄膜管3分别仅包围膜电极组件1的一个端部区段。这个实施方式具有下述优点：不必将窗状的开口4引入到薄膜管3中。